Τεχνολογίες και Τεχνικές Εντοπισμού και Αντιμετώπισης μη-Επανδρωμένων Αεροσκαφών

Η αγορά εμπορικών drone, πιο ορθά Μη Επανδρωμένα Αεροσκάφη (ΜΕΑ), αναπτύσσεται γρήγορα, καθιστώντας τα σε αρκετές περιπτώσεις ως απειλή για την ασφάλεια τόσο για εμπορικούς όσο και για στρατιωτικούς οργανισμούς. Σας θυμίζουμε την πριν από μερικά χρόνια επίθεση με drone στη Βενεζουέλα, την πρώτη πιθανή απόπειρα δολοφονίας κυβερνητικού ηγέτη. Τον Νοε. 2021 ένα μη επανδρωμένο αεροσκάφος με εκρηκτικά, με στόχο το σπίτι του ιρακινού πρωθυπουργού δεν κατάφερε να τον σκοτώσει. Το drone κατάφερε να χτυπήσει το σπίτι του Αλ-Καντίμι στην βαριά οχυρωμένη Πράσινη Ζώνη της Βαγδάτης, όπου στεγάζονται ξένες πρεσβείες και κυβερνητικά γραφεία.

Τα τελευταία 5 χρόνια συχνές και με διαφορετικές τεχνικές και συστήματα drone είναι οι επιθέσεις στη Σαουδική Αραβία, η οποία έχει συγκροτήσει ειδική συμμαχική δύναμη κρούσης στην οποία συμμετέχει και ελληνική συστοιχία Patriot. Παρόμοια περιστατικά έχουν παρατηρηθεί τόσο στο Ισραήλ όσο και στην Ινδία

Δεν υπάρχει αμφιβολία για την άνοδο στην ανάπτυξη της βιομηχανίας drone που σημειώθηκε τα τελευταία χρόνια. Το μέγεθος της αγοράς υπηρεσιών drone αναμένεται να αυξηθεί στα 63,6 δισεκατομμύρια $ έως το 2025 και η Insider Intelligence ανέφερε ότι, οι πωλήσεις drones για καταναλωτές έφτασαν τα 29 εκατομμύρια το 2021. Οι πωλήσεις καταναλωτικών drones των ΗΠΑ ξεπέρασαν τα 1,25 δισεκατομμύρια $ το 2020, σύμφωνα με την Statista. Η Goldman Sachs προβλέπει ότι το συνολικό μέγεθος της αγοράς drone θα είναι αξίας 100 δισεκατομμυρίων $—υποστηριζόμενο από αυτήν την αυξανόμενη ζήτηση για drones από τον εμπορικό και τον κυβερνητικό τομέα.

Ενώ η ανάπτυξη εμπορικών ΜΕΑ αφορούσε κυρίως λήψη βίντεο και φωτογραφιών, οι δυνατότητές τους χρησιμοποιούνται πλέον στη γεωργία, επιτήρηση περιοχών, κατασκευές, μεταφορές και τα μέσα ενημέρωσης. Ωστόσο, εμπορικά μη επανδρωμένα αεροσκάφη, χρησιμοποιούνται με κατάλληλες τροποποιήσεις από τρομοκράτες ή παραστρατιωτικές ομάδες για φονικές επιθέσεις. 

Στην εικόνα 1 που ακολουθεί βλέπετε την ταξινόμηση-κατηγοριοποίηση των ΜΕΑ σύμφωνα με το ΝΑΤΟ

 

Σε ότι αφορά τα στρατιωτικά ΜΕΑ τα τελευταία χρόνια, ήρθαν ξανά στο προσκήνιο και την επικαιρότητα, για τον ρόλο και την χρήση τους ως απαραίτητα “εργαλεία” στις στρατιωτικές επιχειρήσεις. Σε αυτό συνετέλεσε και η εμφάνιση του τουρκικού UAV Bayraktar TB2. Η χρήση του στη Συρία, Β. Ιράκ, Λιβύη, Ναγκόρνο Καραμπάχ και τώρα στον πόλεμο στην Ουκρανία, αύξησε σημαντικά τις πωλήσεις του στο εξωτερικό. Το Bayraktar TB2 έχει πωληθεί σε 12 χώρες. 

Σημαντική είναι και η απειλή των καμικάζι drone (killer drones) τα οποία λόγω του μικρού τους μεγέθους, της μικρής τους ανακλαστικής επιφάνειας (Radar Cross Section) και χαμηλού ύψους πτήσης, είναι δύσκολη έως αδύνατη η αποκάλυψή τους από τα υπάρχοντα συμβατικά radar ερεύνης (early warning radar). Τα υπόψη drone είναι εξοπλισμένα με κάμερα, GPS και φέρουν εκρηκτική γόμωση.

Στις εικόνες που ακολουθούν (Εικόνα 2 και 3) φαίνεται το RCS των Bayraktar και mini drone τύπου Phantom DJ

 

 

Λογικό λοιπόν είναι να απαιτείται μια ολοκληρωμένη και ολιστική ανίχνευση και αντιμετώπιση της απειλής των ΜΕΑ, που να περιλαμβάνει:

• • Επεκτασιμότητα και ευέλικτες διαμορφώσεις συστήματος: Λόγω του ευρέος φάσματος των πιθανών σεναρίων, τα συστήματα πρέπει να ενσωματώνουν διάφορους αισθητήρες και αντίμετρα. Επίσης θα πρέπει να μπορούν να κλιμακωθούν μεμονωμένα για να ανταποκρίνονται στις απαιτήσεις του πελάτη ανά περίπτωση

• • Αυτόματη και αξιόπιστη ανίχνευση και ταξινόμηση πληροφοριών αισθητήρων: Για να ελαχιστοποιηθεί η αλληλεπίδραση χειριστή και ο ρυθμός ψευδών συναγερμών, τα συστήματα πρέπει να προσφέρουν αυτόματη ανίχνευση και επίσης ταξινόμηση των drone, ξεχωρίζοντας με αξιοπιστία τα drone από άλλα ιπτάμενα αντικείμενα.

• • Ολοκληρωμένο σύστημα διοίκησης και ελέγχου: Για να υπάρχει πλήρης εικόνα της κατάστασης, τα συστήματα πρέπει να είναι εξοπλισμένα με σύστημα διοίκησης και ελέγχου (C2), που να παρέχει μια ολοκληρωμένη επιχειρησιακή εικόνα, να συνδυάζει όλα τα δεδομένα από αισθητήρες, να απεικονίζει όλα τα στοιχεία σε έναν ψηφιακό χάρτη και να προσφέρει μέσα διανομής αυτών των πληροφοριών μεταξύ όλων των εμπλεκόμενων δυνάμεων, με ασφάλεια και σε πραγματικό χρόνο.

• • Αποτελεσματικά αντίμετρα: Για την αποτελεσματική αντιμετώπιση των απειλών, τα συστήματα πρέπει να παρέχουν ένα ευρύ φάσμα αντιμέτρων που στοχεύουν στην εξουδετέρωση της απειλής.

Οι τεχνικές και συστήματα αντιμετώπισης ΜΕΑ πρέπει να καλύπτουν δυο απαιτήσεις: Εντοπισμός-Αποκάλυψη και Καταστολή

 Εντοπισμός-Αποκάλυψη

 Ανάλυση ραδιοσυχνοτήτων εκπομπής και εύρεση διόπτευσης/θέσης

Τα drone ελέγχονται συνήθως με τηλεχειρισμό μέσω ραδιοζεύξης (radio link). Οι δέκτες ραδιοσυχνοτήτων μπορούν να αποκαλύψουν αυτές τις συγκεκριμένες εκπομπές, που στην ουσία πιστοποιούν την παρουσία ενός drone. Με κατάλληλη επεξεργασία και ύπαρξη βιβλιοθήκης απειλών, μπορεί να ταυτοποιηθεί ο τύπος του ΜΕΑ και ο κατασκευαστής του. Παράλληλα με χρήση κατάλληλων κεραιών είναι δυνατόν να να εντοπισθεί η κατεύθυνση ή και η θέση τόσο του ΜΕΑ όσο και του τηλεχειριστηρίου.

Εάν το ΜΕΑ μεταδίδει βίντεο ή άλλα δεδομένα, οι δέκτες ραδιοσυχνοτήτων μπορούν επίσης να αποκαλύψουν αυτές τις εκπομπές. Κατάλληλες συσκευές αποδιαμόρφωσης/αποκωδικοποίησης του εκπεμπόμενου βίντεο, δίνουν την δυνατότητα απεικόνισης του περιεχομένου του βίντεο. 

Το πλεονέκτημα του δέκτη ραδιοσυχνοτήτων είναι ότι λαμβάνει τη σύνδεση του τηλεχειριστηρίου μόλις ενεργοποιηθεί το τηλεχειριστήριο. Σε αυτό το σημείο, το drone βρίσκεται ακόμα στο έδαφος. Η ειδοποίηση του προσωπικού ασφαλείας ακόμη και πριν την απογείωση του drone, είναι ένα πλεονέκτημα που μπορεί να προσφέρει μόνο ένας αισθητήρας ραδιοσυχνοτήτων. Οι αισθητήρες ραδιοσυχνοτήτων ανιχνεύουν τη σύνδεση του τηλεχειριστηρίου μόλις ενεργοποιηθεί και ειδοποιούν τους χειριστές έγκαιρα, προτού το drone γίνει απειλή.

Οι αισθητήρες ραδιοσυχνοτήτων σαρώνουν συνεχώς τις σχετικές ζώνες συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται από drones που διατίθενται στο εμπόριο. Οι ζώνες συχνοτήτων του τηλεχειριστηρίου των drones είναι 2,4 και 5,8 GHz, αλλά είναι δυνατές και άλλες ζώνες, όπως τα 433 MHz.

Στις εικόνες που ακολουθούν (Εικόνα 4 και 5) απεικονίζονται οι περιοχές συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται για εφαρμογές ΜΕΑ.

 

 

Η απόσταση ανίχνευσης μιας τυπικής μονάδας τηλεχειρισμού με ισχύ εξόδου 100 mW είναι περίπου 1,5 km, ανάλογα με τον τύπο του drone, τη ζώνη συχνοτήτων που χρησιμοποιείται, την ισχύ μετάδοσης, το ύψος της κεραίας και άλλους παράγοντες. Ορισμένα drone χρησιμοποιούν τεχνολογία Wi-Fi, η οποία τους επιτρέπει να ελέγχονται μέσω smartphone ή tablet, αν και η εμβέλεια του τηλεχειριστηρίου είναι μειωμένη. 

Το κυριότερο μειονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ότι για να υπάρξει ραδιοεντοπισμός και αποκάλυψη των εκπομπών κατεύθυνσης των ΜΕΑ, απαιτείται οπτική επαφή μεταξύ δέκτη και τηλεχειριστηρίου, κάτι που δεν είναι δεδομένο ειδικά σε κατοικημένες περιοχές 

Επίσης σε περίπτωση αυτόνομης (μη ελεγχόμενης πτήσης από το έδαφος) αποστολής και με δεδομένη την μη εκπομπή ραδιοσυχνοτήτων, η ανωτέρω τεχνική καθίσταται άχρηστη. 

 Εντοπισμός με Radar

Το radar μπορεί να αποκαλύψει στόχους σε μεγάλες αποστάσεις και να προσδιορίσει τη θέση, την ταχύτητα και ενδεχομένως τον τύπο ΜΕΑ με κατάλληλες τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης (AI). Το κύριο πλεονέκτημα είναι το μεγάλο εύρος τους, αλλά και αυτά χρειάζονται οπτική επαφή με τον στόχο. Για ΜΕΑ που δρουν αυτόνομα και δεν ελέγχονται μέσω ραδιοσυχνοτήτων, τα radar είναι ο κύριος αισθητήρας για την ανίχνευση και τον εντοπισμό τους.

Το πλέον αποτελεσματικό radar είναι μια βελτίωση του ραντάρ FMCW που χρησιμοποιείται ευρέως μεταξύ άλλων εφαρμογών και για την ανίχνευση πτηνών στα αεροδρόμια. Με την εφαρμογή της ειδικής τεχνολογίας micro-Doppler και κατάλληλων αλγορίθμων λογισμικού και ΑΙ, το radar μπορεί να αναγνωρίζει τους περιστρεφόμενους έλικες στα drone. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την ταυτοποίηση των drone αλλά και την διάκριση μεταξύ πτηνών και άλλων μικρών ιπτάμενων αντικειμένων. Ένα τέτοιο radar micro Doppler, που αποδεδειγμένα εντοπίζει μικρά drones σε χαμηλά ύψη, έχει κατασκευάσει εδώ και μια πενταετία η ΕΑΒ. Πρόκειται για το radar ΤΗΛΕΜΑΧΟΣ.

Το radar αποκάλυψης θα πρέπει να καλύπτει ολόκληρο το οπτικό πεδίο 360 μοιρών σε αζιμούθιο με 10-20 μοίρες καθ ύψος.

Θα πρέπει να είναι σε θέση να ανιχνεύσει μεγάλους κινούμενους στόχους εδάφους (οχήματα,τανκ) σε εμβέλεια έως και 10 km, μεγάλα και επαγγελματικά ΜΕΑ 3 έως και 5 km. Τυπικά εμπορικά mini drones, όπως το Phantom III, θα πρέπει να μπορούν να αποκαλυφθούν και ταξινομηθούν σε εμβέλεια ως 1000 m. Μια ενσωματωμένη κάμερα επιτρέπει τη στιγμιαία επαλήθευση των εντοπισθέντων από το radar ΜΕΑ.

 Συμπληρωματικοί αισθητήρες

Με την προσθήκη καμερών ημέρας-νύχτας στο radar, μπορεί να επαληθευτεί οπτικά η παρουσία των εντοπισθέντων αντικειμένων, πριν ξεκινήσουν τα αντίμετρα . Με την αρχιτεκτονική ανοιχτού συστήματος, οι αισθητήρες EO (Electro Optical)και IR (Infra Red) μπορούν να ενσωματωθούν ανάλογα με τις ανάγκες για να ανταποκριθούν στις μεμονωμένες απαιτήσεις των πελατών και των σεναρίων. Σε σενάρια αστικών περιοχών, οι ακουστικοί αισθητήρες χρησιμοποιούνται συχνά για να καλύψουν τα τυφλά σημεία του ραντάρ ή των αισθητήρων ραδιοσυχνοτήτων, καθώς παρέχουν δυνατότητα ανίχνευσης drone non-line-of-sight (NLOS).  

Η ακουστική ανίχνευση μειώνει επίσης το συνολικό ποσοστό ψευδών συναγερμών του συστήματος όταν χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλους αισθητήρες ανίχνευσης. Ως παθητικός αισθητήρας, ο ακουστικός αισθητήρας έχει το πλεονέκτημα ότι δεν εκπέμπει σήμα. Το ηχητικό αποτύπωμα των drone είναι ιδιαίτερα αναγνωρίσιμο και εντελώς διαφορετικό από τα μοτίβα άλλων ιπτάμενων αντικειμένων.

Συστοιχίες μικροφώνων μπορούν να εξαγάγουν το αζιμούθιο και τη γωνία ανύψωσης των εισερχόμενων πηγών ήχου σε αποστάσεις έως και 500 m. Το κύριο μειονέκτημα αυτής της τεχνικής είναι ο θόρυβος του περιβάλλοντος που καθιστά δύσκολο το έργο εντοπισμού.

Στην εικόνα 6 μπορείτε να δείτε σύγκριση και δυνατότητες όλων των συστημάτων-τεχνικών εντοπισμού ΜΕΑ.

 

 

Καταστολή των ΜΕΑ

 Διακοπή της επικοινωνίας ελέγχου

Ο κατάλληλος παρεμβολέας τηλεχειριστηρίου μπορεί να σταματήσει τα ΜΕΑ διακόπτοντας τα σήματα εντολών. Εάν το ΜΕΑ χάσει το σήμα του τηλεχειριστηρίου του, συνήθως μεταβαίνει σε λειτουργία ασφαλούς λειτουργίας, που το αναγκάζει να προσγειωθεί ή να επιστρέψει στη θέση απογείωσης. Επομένως, η παρεμβολή εμποδίζει τα drone να εισέλθουν σε συγκεκριμένο εναέριο χώρο-περιοχή.

Οι μονάδες τηλεχειρισμού των drones χρησιμοποιούν συνήθως τεχνικές μεταπήδησης συχνότητας αντί για σταθερές συχνότητες. Οι έξυπνοι παρεμβολές ακολουθούν αυτές τις μεταπηδήσεις συχνότητας και διακόπτουν μόνο εκείνες που ελέγχουν συγκεκριμένα drone. Αυτοί οι παρεμβολές ελαχιστοποιούν την αλληλεπίδραση σε άλλα drone ή εκπομπές στην ίδια ζώνη συχνοτήτων.

Τα drone που ελέγχονται με Wi-Fi απαιτούν διαφορετική μέθοδο αντιμετώπισης. Μόλις εντοπιστούν από τον αισθητήρα ραδιοσυχνοτήτων, οι παράμετροι δικτύου τους είναι γνωστές. Αυτό επιτρέπει στα συστήματα να μεταδίδουν μια εντολή που τα αποσυνδέει από τη μονάδα τηλεχειρισμού. Αυτό τα οδηγει σε λειτουργία ασφαλούς λειτουργίας, εμποδίζοντας το drone να συνεχίσει την πορεία του.

Η αποτελεσματικότητα της παρεμβολής εξαρτάται από πολλούς παράγοντες, όπως η απόσταση μεταξύ των κεραιών (και το ύψος τους), ο προσανατολισμός των κεραιών (ειδικά η κεραία RC), οι συνθήκες οπτικής επαφής, η παρουσία άλλων ισχυρών σημάτων στην περιοχή και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις όπως ως ανάκλαση και διάθλαση.

Στη λειτουργία σημείου διαδρομής, τα drones πετούν την πορεία τους χωρίς σήμα τηλεχειρισμού. Σε αυτήν τη λειτουργία, συνήθως βασίζονται σε ένα παγκόσμιο δορυφορικό σύστημα πλοήγησης (GNSS). Για να σταματήσουν τα drones σε μια τέτοια περίπτωση, ένας παρεμβολέας GNSS μπορεί να διακόψει τη λήψη των αδύναμων δορυφορικών σημάτων για να αποτρέψει την πλοήγηση. Οι κατευθυντικές κεραίες χρησιμοποιούνται για να κατευθύνουν σήματα παρεμβολής προς το drone στις σχετικές συχνότητες GPS, GLONASS ή Galileo

 Ηλεκτρομαγνητικοί παλμοί υψηλής ισχύος

Οι ηλεκτρομαγνητικοί παλμοί υψηλής ισχύος (HPEM) είναι μια νέα σχετικά τεχνολογία καταστολής των drone. Σε αντίθεση με άλλα συστήματα-τεχνικές που βασίζονται στην παρεμβολή των ζεύξεων τηλεχειρισμού του drone ή των συστημάτων πλοήγησης, η εκπομπή HPEM επηρεάζει άμεσα τους ημιαγωγούς των ηλεκτρονικών στις πλακέτες των συστημάτων του drone, μέσω ηλεκτρομαγνητικών παλμών αρκετά υψηλής ισχύος ώστε να απενεργοποιείται η λειτουργία τους. Η τεχνική αυτή είναι αποτελεσματική σε όλες τις αποστολές (αυτόνομα είτε ραδιοελεγχόμενα). Τα συστήματα HPEM μπορούν ταυτόχρονα να εξαλείψουν την απειλή ολόκληρων σμηνών mini drone. 

 Laser υψηλής ισχύος

Το οπλικό σύστημα λέιζερ υψηλής ισχύος μπορεί να είναι είτε επί εδάφους είτε σε αεροσκάφος (airborne) εξοπλισμένο με προηγμένους αισθητήρες και συστήματα εντοπισμού και χρησιμοποιείται για την αναχαίτιση πολλών drone ταυτόχρονα σε διάφορες αποστάσεις – μέχρι 1-2 χιλιόμετρα. Τέτοια  συστήματα, εναντίον MEA, χρησιμοποιούνται, δοκιμάζονται και εξελίσσονται την τελευταία 20ετία κυρίως από ΗΠΑ και Ισραήλ.